viernes, 31 de mayo de 2019

SOLUCIÓN EXAMEN 4ESO ESTÁTICA DE FUERZAS 1819



1.       Una nave espacial se mueve por el espacio en línea recta con velocidad constante, y tiene los motores apagados. ¿Cómo es posible que se esté moviendo?

La velocidad de un cuerpo no está relacionada directamente con la acción de fuerzas sobre él. Las fuerzas se relacionan directamente con la aceleración. Es decir que si sobre un cuerpo actúan fuerzas, su velocidad cambiará, y si sobre un cuerpo no actúan fuerzas, su velocidad no cambiará. Es decir que puede moverse sin que actúen fuerzas sobre él.



2.       ¿Por qué los carros de combate, tienen cadenas u orugas en vez de ruedas?

Si la presión que ejerce el peso sobre un terreno blando, como el barro por ejemplo, entonces un cuerpo pesado como es un carro de combate se hundirá en el terreno. Si esa fuerza se reparte sobre una superficie amplia como son las cadenas, la presión disminuye al estar definida como P=Fuerza/Superficie. Al aumentar el denominador, la presión disminuye.



3.       Dos personas tiran de un trineo con fuerzas de 20 y 50 N cada una. Lo hacen de forma que las direcciones de sus fuerzas guardan un ángulo de 30 º con la dirección de avance.

a.       Calcula la fuerza resultante del sistema, indicando la notación vectorial de la misma.

b.       Calcula el módulo de la fuerza resultante.

c.        Calcula el valor de la fuerza de rozamiento del carro, si este se mueve con velocidad constante.

La fuerza de rozamiento debe compensar la fuerza de los dos perros, dando en total un resultado nulo, por tanto Rozamiento=-60’6i-15j, y tendría un módulo de 62’43N.







4.       Un planeta tiene una masa de 4·1024 Kg, y a una distancia de 150.000 Km tiene un satélite natural con una masa de 75·1018 Kg de masa. DATO: G=6’67·10-11Nm2/Kg2

a.       Con qué fuerza atrae el planeta a su satélite.

b.       Calcula la aceleración de la gravedad en el planeta si tiene un radio de 3000 Km.



Aplicamos la Ley de Gravedad de Newton para resolver el ejercicio:



Fg=G·M·m/d2=6’67·10-11Nm2/Kg2·4·1024Kg·75·1018Kg/(150·106m)2=8’9·1017N



Con otra ecuación calculamos la aceleración de la gravedad sobre la superficie del planeta:



g=G·M/r2=6’67·10-11Nm2/Kg2·4·1024Kg/(3·106m)2=29’64m/s2



5.       Un cuerpo de 80 Kg de masa está apoyado en una superficie de 10 cm de radio en el planeta Tierra.

a.       Calcula el peso del cuerpo.

b.       Calcula la presión que ejerce sobre el suelo.

Calculamos el peso del cuerpo de forma inmediata: Peso=m·g=80Kg·9’8m/s2=784N

E igualmente la presión, pero calculando previamente la superficie: Superficie=pi·R2=3’14·0’12m2=0.0314m2

Presión=Fuerza/Superficie=784N/0.0314m2=25Pa

6.       Un buzo se sumerge a una profundidad de 70 metros bajo el agua. Sabiendo que la densidad del agua es 1000 Kg/m3, y que en la superficie del agua hay 1 atm de presión atmosférica, calcula la presión total que soporta el buzo.

7.       ¿En cuál y por qué, de los siguientes recipientes es mayor la presión en el fondo del mismo? VER PIZARRA



En la pizarra había dibujados diferentes recipientes, con distintas formas y niveles de agua. El que tiene mayor presión en el fondo es el que tenga el nivel de agua más alto, independientemente de la forma. Y ahora vayamos a por el ejercicio numérico:

Aplicamos el Principio Fundamental de la Hidrostática:

P=P0+dgh=101500Pa + 1000Kg/m3·9’8m/s2·70m=787500 Pa



8.       Un objeto metálico tiene una masa de 100 gramos, y se pesa en el aire y sumergido en agua, (densidad agua 1000Kg/m3). Cuando se pesa sumergido su peso aparente es 0’7 N.

a.       Calcula el empuje.

b.       Calcula el volumen del objeto y su densidad.

En el siguiente esquema, vemos como lo que medimos como peso aparente o sumergido en el agua, es la resultante de la suma del peso real del cuerpo y del empuje del agua. Como conocemos el peso, despejamos y calculamos el empuje.
Peso=m·g=0’1Kg·9’8m/s2=0’98N
Pap=Preal-E
E=Preal-Pap=0’98N-0’7N=0’28N
Si el objeto está completamente sumergido, el empuje será igual a E=Vcuerpo·dagua·g, despejando conoceremos el Volumen:
Vsuemrgidio=E/daguag=0’28N/1000Kg/m39’8m/s2=2’86·10-5m3
Sabiendo la masa a partir del peso, calcularemos la densidad.
Densidad=masa/Volumen=0’100Kg/2’86·10-5m3=3500 Kg/m3.

EXAMEN 2

1.       Define qué es la inercia.
Al haber dado la materia tan deprisa, ya dijimos que no se exigía una definición de libro. Se trataba simplemente de indicar que es la tendencia de un cuerpo libre, a mantener la velocidad con la que parte.

2.       ¿Por qué los skiadores, tienen unos patines o skies para moverse sobre la nieve?
El concepto clave es la presión. Si esta es elevada el objeto se hunde sobre la nieve. Como la presión es igual a la fuerza partida por la superficie, para que la presión sea baja debemos aumentar la superficie, de ahí el uso de los patines o skies. La fuerza que actúa es el peso, y no varía. Por tanto P=F/S, a mayor superficie, menor presión.
3.       Dos personas tiran de dos sogas que salen de la proa de un barco, con ángulos de 90º, con fuerzas de 100 y 200N, siendo la primera de ellas en la dirección de avance del barco.
a.       Calcula la fuerza resultante del sistema, indicando la notación vectorial de la misma.
b.       Calcula el módulo de la fuerza resultante.
c.        Calcula el valor de la fuerza del viento que lo frena, si el barco se mueve con velocidad constante.

Hacemos un dibujo esquemático, el barco será el polígono de cuyo vértice derecho salen las dos fuerzas. Los ejes los colocamos a nuestro capricho, pero en este caso resulta útil disponerlos de forma clásica: vertical y horizontal
4.       Un astronauta está sobre un planeta de radio 10.000Km y de masa 3·1026 Km.
a.       Calcula la aceleración de la gravedad sobre el planeta.
b.       Si su aceleración de la gravedad fuera la mitad, ¿qué valor tendría que tener el radio del planeta?
Calculamos primero la aceleración en las condiciones del caso (a), aplicando directamente la ecuación:
g=G·Mplaneta/R2=6’67·10-11(N·m2/Kg2)·3·1026Kg/(1·107m)2=200 N/Kg  ( o m/s2)
Para el caso dos, despejamos de la ecuación el valor de R, pero ahora el valor de g=100 m/s2.
R2=G·Mplaneta/g=6’67·10-11(N·m2/Kg2)·3·1026Kg/100m/s2=2·1014 m2 
Hacemos la raíz cuadrada de la cantidad anterior para conocer el valor del radio: 14’1·106 m, es decir 14140 Km.
5.       Un elefante de 1800 Kg de masa está apoyado en sus cuatro patas, cada una con una superficie de 60 cm2. Calcula la presión que ejerce sobre el suelo en cada pata.
Cada pata soporta un cuarto del peso del elefante, es decir P=m·g=450Kg·9’8m/s2=4410 N, y lo hace sobre una superficie de 60cm2, que son 0’006m2. Calculamos la presión directamente en pascales:
P=F/S=4410N/0’006m2=735000Pa

6.       Un pececito se sumerge en el agua hasta que la presión llega a 3 atm. Sabiendo que la densidad del agua es 1000 Kg/m3, y que en la superficie del agua hay 1 atm de presión atmosférica, calcula la profundidad a la que se ha sumergido.
7.       ¿Por qué en los vasos comunicantes, el líquido alcanza la misma altura en las dos ramas?

La presión en el fondo del lago, aplicando la Ley Fundamental de la Hidrostática, y suponiendo una presión P0=1atm en la superficie del lago:
P=P0+d·g·h. Despejamos la profundidad h:
h=(P-P0)/gh=(2·106Pa-101500Pa)/(1000Kg/m3·9’8m/s2)=197 metros
En los vasos comunicantes, siempre que tengamos el mismo líquido en las dos ramas, alcanza la misma altura porque todos los puntos situados a la misma altura dentro de un liquido que esté en equilibrio tienen la misma presión. Aplicando la ecuación anterior, donde la presión sólo depende de la profundidad, entonces la base de cada vaso debe estar a la misma profundidad, por tanto las dos ramas cogen la misma altura.
8.       Un objeto metálico pesa en el aire 8N, y sumergido en agua 5N, (densidad agua 1000Kg/m3).
a.       Calcula el empuje.
b.       Calcula el volumen del objeto y su densidad.

En el siguiente esquema, vemos como lo que medimos como peo aparente o sumergido en el agua, es la resultante de la suma del peso real del cuerpo y del empuje del agua. Como conocemos el peso, despejamos y calculamos el empuje.
Pap=Preal-E
E=Preal-Pap=8N-5N=3N
Si el objeto está completamente sumergido, el empuje será igual a E=Vcuerpo·dagua·g, despejando conoceremos el Volumen:
Vsuemrgidio=E/daguag=3N/1000Kg/m39’8m/s2=3’06·10-4m3
Sabiendo la masa a partir del peso, calcularemos la densidad.
Preal=m·g        m=Preal/g=8N/9’8m/s2=0.816Kg
Densidad=masa/Volumen=0’816Kg/3.06·104m3=2667 Kg/m3.

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